JGRX-3型 FMS 柔性生產制造實驗系統（工程型）

一、產品概述

FMS柔性生產系統是使用柔性制造技術中最具代表性的制造自動化系統，可實現多品種、中小批量的加工管理。柔性制造技術是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎上 , 將以往企業中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程 , 在計算機及其軟件的支撐下 , 構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統 , 以實現全局動態最優化 , 總體高效益、高柔性 , 并進而贏得競爭全勝的智能制造技術。它是當今世界制造自動化技術發展的前沿科技。

本實訓系統是專門為職業院校、職業教育培訓機構研制的 FMS 柔性生產實訓系統，根據機電類、自動化類、先進制造類行業、企業中工業自動化應用的特點，對柔性制造技術的工作過程進行研究，對工業現場設備進行提煉和濃縮，并針對實訓教學活動進行專門設計，融機、光、電、氣，包含了 PLC 、機器人、傳感器、氣動、工業控制網絡、電機驅動與控制、計算機等諸多技術領域，整個系統由 MES 生產管理系統、 WINCC 監控系統、主控 PLC 和下位 PLC 通過網絡通訊技術構成一個完整的多級計算機控制系統，通過訓練，使學生了解 FMS 的基本組成和基本原理，讓學生全面掌握機電一體化技術的應用開發和集成技術，幫助學生從系統整體角度去認識系統各組成部分，從而掌握機電控制系統的組成、功能及控制原理。可以促進學生在機械設計、電氣自動化、自動控制、機器人技術、計算機技術、傳感器技術、數控技術等方面的學習 , 并對電機驅動及控制技術、 PLC 控制系統的設計與應用、計算機網絡通信技術和現場總線技術、高級語言編程等運用技能得到實際的訓練，激發學生的學習興趣，使學生的機電系統的設計、裝配、調試能力均能得到綜合提高。

本實訓系統是一種典型的 FMS 柔性生產實訓系統，它由上料單元、檢測分揀單元、搬運單元、數控加工單元、圖像處理單元、機器人裝配單元、條形碼識別單元、物流倉儲單元組成，配有變頻調速板鏈式傳輸線構成環形生產線。上述機構均安裝在工業型材桌面上，系統中的機械結構、電氣控制回路、執行機構完全獨立，采用工業標準件設計。

控制系統主站采用西門子 S7-300(CPU315-2DP) ，從站采用西門子 S7-200(CPU224) ，各站之間使用 ProfiBus-DP 總線進行通訊， S7-200 從站主要用于控制與驅動設備層，并對現場反饋的信號進行采集， S7-300 主站采集各從站數據，協調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據，同時系統還配有工業以太網通信模塊和 10.4 英寸彩色工業觸摸屏，可以完成系統控制網絡的集成。

該系統有單機、聯機二種工作方式。在單機模式下，各從站獨立運行，站間沒有數據傳送，學員可進行外部接線操作，使用 S7-200 專用 PPI 電纜或 ProfiBus 總線將編寫程序下載到 PLC 中，并監控程序運行，在聯機模式下，系統各從站同時工作，工件依次進行上料、檢測分揀、加工、圖像檢測、機器人自動裝配、貼標、條形碼識別、入庫及搬運等操作，各站間通過 ProfiBus 現場總線進行通訊，在主站的控制下實現相關的互鎖、數據傳送操作，系統中的上位工控機使用 WinCC 組態監控軟件，對現場設備生產狀況進行動態實時監控。

系統工業現場總線和標準的電氣接口，支持 RS232 、 RS485 、 PPI 、 MPI 、 PROFIBUS-DP 、 TCP/IP 多種通信方式。系統具備多種組態軟件、編程軟件、管理軟件功能，如 STEP7 、 OPC 、 WINCC 算法組態、人機交換和 MES 生產管理系統軟件等，為方便教學還配有 PLC 仿真、氣動仿真、多媒體教室電子管理等軟件。

二、產品特點

1.系統將機械、氣動、電氣控制、電機傳動、傳感檢測、工業機器人、數控系統、 PLC 以及工業網絡控制技術有機地進行整合，按照結構模塊化，便于組合，可以完成各類單線技能訓練和綜合性項目訓練。能較好地滿足實訓教學、工程訓練的需要。

2.系統中元器件均采用實際工業元件，首選國際知名公司西門子工業元件，質量可靠、性能穩定，故障率低，從而保證學校實訓教學的順利進行。

3.系統無論機械結構還是控制，都采用統一標準接口，具有很高的兼容和擴展性，隨工業現場技術的快速發展，本系統可以緊跟現場技術升級擴展，深入地滿足實訓教學的需要。

4.本系統可以鍛煉學習者創造性的思維和動手能力，學習者可以利用本系統從機械組裝、電氣設計、接線、 PLC 編程與調試、現場總線組建與維修等方面進行工程訓練。

三、技術性能

6.輸入電源：三相四線～ 380V ± 10% 50Hz

7.工作環境：溫度 -10 ℃～ +40 ℃ 相對濕度≤ 85% （ 25 ℃） 海拔＜ 4000m

8.裝置容量：＜ 4.5kVA

9.外形尺寸： 7000mm × 4500mm × 2400mm

10.安全保護：具有漏電保護，安全符合國家標準

四、實訓內容

1.PLC的設計與應用

(1)數據傳輸功能實訓

(2)定時、計數、移位功能實訓

(3)比較功能實訓

(4)步進功能的應用實訓

(5)跳轉功能的應用實訓

(6)子程序調用功能的應用實訓

(7)中斷控制功能的應用實訓

(8)變頻調速的 PWM 控制功能的應用實訓

(9)伺服電機速度位置控制功能的應用實訓

(10)檢測系統的程序設計

(11)變頻調速環行自動傳輸系統的程序設計

(12)自動儲存系統的程序設計

2.傳感器技術及應用

(1)光電傳感器的特性研究及應用

(2)電感傳感器的特性研究及應用

(3)電磁傳感器的特性研究及應用

(4)位置傳感器的特性研究及應用

(5)條碼識別系統特性研究及應用

3.氣動控制技術

(1)電控氣動閥的工作原理及應用

(2)真空發生器的工作原理及應用

(3)氣動二聯體的工作原理及應用

(4)各種氣缸的工作原理及應用

4.運動控制系統

(1)伺服電機定位的控制技術

(2)直流電機的控制技術

(3)交流電機的變頻調速技術

(4)步進電機的定位控制技術

5.組態監控及人機界面技術

(1)組態監控軟件的基本應用

(2)組態監控軟件通信應用實訓

6.機械結構訓練技術

(1)同步帶傳動機構的設計及特性研究

(2)直齒輪傳動機構的設計及特性研究

(3)錐齒輪傳動機構的設計及特性研究

(4)直線導軌的設計及特性研究

(5)滾珠絲桿的特性研究及應用

7.故障檢測技術技能培訓

(1)程序故障設置的排除訓練

(2)參數故障設置的排除訓練

(3)電氣接線故障設置的排除訓練

(4)機械故障設置的排除訓練

8.網絡通訊技術和 PROFIBUS 總線技術

(1)網絡通訊基礎的原理與應用

(2)PROFIBUS-DP模塊的研究與應用

(3)PROFIBUS通訊協議的研究與應用

(4)PROFIBUS主站與從站之間的通訊研究

9.機械手搬運系統控制

(1)單軸手臂往返運動控制訓練

(2)雙軸手臂直線運動控制訓練

(3)雙軸手臂曲線運動控制訓練

(4)三軸機械手空間直線控制訓練

(5)三軸機械手空間曲線控制訓練

(6)三軸機械手空間示教控制訓練

(7)機械手移貨控制技術訓練

(8)機械手碼垛控制訓練

10.數控系統

(1)數控系統的參數設置與調整

(2)輸入輸出接口實訓

(3)銑床參考點的調試

(4)進給驅動單元的調試與應用

(5)數控系統的通訊

(6)數控系統的操作與編程

(7)數控銑床加工實訓

五、系統組成

（一）總控平臺

總控平臺主要由三相電網電壓指示、電源控制部分、控制主機、狀態指示燈、二位選擇開關、啟動和停止開關、急停開關、復位開關、 10.4 英寸工業彩色觸摸屏等組成，主要完成監視各分站的工作狀態并協調各站運行，完成工業控制網絡的集成。

（二）上料單元

上料單元主要由料斗、回轉臺、螺旋導料機構、平面推力軸承、直流減速電機、工件滑道、提升裝置、計數電容開關、光電開關等組成。主要完成將工件從回傳上料臺依次送到檢測工位，提升裝置將工件提升至指定位置。

（三）檢測分揀單元

檢測分揀單元主要由鋁合金型材基體、檢測缸、升降缸、推料缸、直線位移傳感器、光電傳感器、磁性傳感器等組成。主要完成對毛坯件材質、顏色、高度的檢測并將不合格工件檢出。

（四）數控加工單元

數控單元主要由數控銑床實物、自動門裝置、氣動定位夾具、數控加工控制系統組成。主要完成將毛坯件加工成指定形狀的工件。

（五）圖像形狀檢測單元

圖像處理單元主要由光源、鏡頭、 CCD 照相機、圖像處理控制器、顯示器、位移傳感器等組成。主要檢測加工完成后工件外觀形狀品質是否合格，通過攝像頭獲取工件的圖像，由圖像處理器完成工件合格與否的判斷并檢測加工孔深，將不合格工件剔除。

（六）加工圖像尺寸檢測單元

加工圖像尺寸檢測單元主要由光源、鏡頭、 CCD 照相機、圖像處理控制器、顯示器、位移傳感器等組成。主要檢測加工完成后工件尺寸是否合格，通過攝像頭獲取工件的圖像，由圖像處理器完成工件尺寸合格與否的判斷并檢測加工孔深，將不合格工件剔除。

（七） STEP SD500 型工業機器人搬運單元

機器人搬運單元主要由 STEP SD500 工業用機器人、氣爪等組成。主要完成將毛坯件從環形傳輸線上抓起，送入加工單元工件臺，待加工完畢后，將工件取出，重新放入傳輸線上。

（八） 6 自由度工業機器人裝配單元

機器人裝配單元主要由 STEP SD500 工業用機器人、氣爪等組成。主要完成將工件裝配任務并將工件放入包裝盒。

（九）條形碼識別單元

條形碼識別單元主要由升降氣缸、貼標裝置、條形碼識別系統等組成。主要將條形碼貼到包裝盒上并將相關信息通過條形碼掃描系統讀入上位機，通過上位機進行倉儲管理。

（十）物流倉儲單元

物流倉儲單元主要由高架倉庫及堆垛機組成。主要完成物料進出庫的自動化管理。

（十一）機械手單元

機械手單元主要由機械手、移動滑臺、齒輪齒條運動機構等組成，主要完成對工件在傳輸線和工作單元間的搬運工作。

（十二）環行自動輸送線

環行自動輸送線主要由鋁合金型材基體、環行傳輸線、自動導向機構、變頻調速系統、自動定位機構等組成。可完成對工件在不同速度下的輸送，不同工位的自動定位，從而大大提高了自動環形傳輸線的工作效率。

工業網絡通訊

控制系統主站采用西門子 S7-300(CPU315-2DP) ，從站采用西門子 S7-200(CPU224) ，各站之間使用 ProfiBus-DP 總線進行通訊， S7-200 從站主要用于控制與驅動設備層，并對現場反饋的信號進行采集， S7-300 主站采集各從站數據，協調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據，同時系統還配有工業以太網通信模塊和 10.4 英寸彩色工業觸摸屏，可以完成系統控制網絡的集成。

3.PLC模塊及變頻器

名稱	規格	數量	單位
S7-300 PLC	PS307電源	1	臺
	CPU315-2DP CPU	1	臺
	SM323 16DI/16DO	1	臺
	CP343-1 工業以太網模塊	1	臺
S7-200 PLC	CPU224CN(DC/DC/DC)	2	臺
	CPU224CN(AC/DC/RLY)	7	臺
	EM277 DP通信模塊	9	臺
	EM223	1	臺
	DP接頭	14	個
變頻器	MM420,AC380V供電，功率≥ 0.75kW	1	臺
軟件	STEP7 Micro WIN SP4 V4.0	1	套
	STEP7 V5.4	1	套
	WinCC V6.0	1	套

配置清單

名稱	規格	數量	單位	備注
環行自動輸送線		1	套
STEP	SD500	2	套	含示教單元
視覺傳感器	ZFX-C10	2	套
工件	白色工件	24	只
	藍色工件	24	只
	金屬工件	8	只
包裝盒		10	只
電源線	單相三芯電源線	15	根
PU氣管	Ф 6 、橙色	50	米
PLC編程 電纜	USB/PPI USM/MPI	1	套
PLC編程 軟件	STEP7 MicroWIN SP4 V4.0 STEP7 V5.4 WinCC V6.0	1	套	DEMO版
配套工具	工具箱：十字長柄螺絲刀，大、中、小號一字螺絲刀，中、小號十字螺絲刀，鐘表螺絲刀、剝線鉗，尖嘴鉗，剪刀，電烙鐵，鑷子，活動扳手，內六角扳手（ 9 把）	1	套
配套光盤	使用手冊、程序等	1	套
計算機		1	臺	學校自備
空氣壓縮機	靜音空氣壓縮機	1	臺	靜音
氣動接頭	氣動快插式三通接頭	12	只

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